美研制出強度極高但重量超輕的新型金屬

高翔

加州大學洛杉磯分校的一個科研團隊不久前研發(fā)出一種強度極高但重量超輕的新型金屬。這種新型金屬——精確地說是金屬納米復合材料——由加入納米碳化硅粒子的鎂構成，可以用來制造輕型的飛機、宇宙探測器、汽車等等，并有助于提高這些設備的燃料效率。

鎂的密度只有鋁的三分之二，是最輕的結構性金屬。碳化硅是一種超硬陶瓷，在工業(yè)制造中多用于切割刀刃。科學家認為納米陶瓷粒子可以在不破壞金屬可塑性的同時增加它們的強度，然而由于微小的粒子具有相互吸引的特性，納米陶瓷粒子在加入液態(tài)金屬后更傾向于凝聚在一起，而不是均勻地分散開。此前沒有科研團隊能夠成功將陶瓷納米粒子分散在熔化的液態(tài)金屬中。

該校亨利·薩繆理工程和應用科學學院的科研人員找到一種新的途徑使納米粒子穩(wěn)定地均勻分散在液態(tài)金屬中。為了制造這種新型金屬，科研人員將納米陶瓷粒子分散在液態(tài)的鎂鋅合金中，使它們依靠自身動能分散并避免了相互凝聚。它們還使用了一種高壓扭轉技術進一步增加金屬的強度。憑借這種方法，研究人員將大量小于100納米的碳化硅粒子均勻地加入到鎂當中，增加了鎂的強度、剛度、可塑性和耐熱性。

這種新型金屬所展示出的比強度和比模量均打破了紀錄。所謂比強度即材料斷開時單位面積所承受的力除以其表觀密度，比強度越高表明達到相應強度所用的材料質量越輕。而比模量即材料的模量（指材料在受力狀態(tài)下應力與應變之比）與密度之比，是衡量材料承載能力的重要指標。通過將物理學和材料加工學相結合，使納米粒子均勻而密集地分散在金屬中，為提高不同金屬的性能以使它們滿足當今社會提出的能源和可持續(xù)性方面的要求鋪平了道路，新型金屬家族具有顛覆性屬性和功能，該研究結果只是揭開了其潛在價值的面紗而已。